CN113353971B - 一种球形纳米级、高分散ito粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，以铟盐和锡盐溶液为原料制备铟锡混合盐溶液；以氨水溶液为沉淀剂；然后将铟锡混合盐溶液和沉淀剂溶液分别经雾化器雾化形成微小的液雾以对喷方式喷入反应室反应，生成颗粒均匀且呈球形的氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，经清洗、干燥、煅烧得到纳米ITO粉体，本发明制备的ITO粉呈球形、纳米级且高度分散，晶粒大小均匀，大大提高了ITO粉的综合性能。

Description

一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法

技术领域

本发明涉及一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，属于材料领域。

背景技术

铟锡氧化物(ITO)又名锡掺杂氧化铟粉，由In₂O₃和SnO₂复合而成，ITO材料以高的可见光透过率、红外线反射率、优良的导电性及较好的刻蚀性能在电学材料、透明电极材料、太阳能电池材料、屏幕显示技术方面有非常广泛的应用。

目前，ITO粉的制备方法主要有：化学共沉淀法、化学滴定法、电解法、溶胶凝胶法、喷雾燃烧法、喷雾热分解法、机械混合法等。

（1）化学共沉淀法是将铟盐、锡盐与能分解出氨的铵盐，如尿素、碳酸铵混合在一起，然后加热，铵盐分解出的氨根离子与铟盐、锡盐反应生成氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，将混合物过滤、干燥、煅烧，最后得到纳米级的ITO粉体。

（2）化学滴定法是将氨水等弱碱匀速滴入铟盐和锡盐的混合液中，生成氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，同样经过滤、干燥、煅烧得到纳米的ITO粉体。

（3）电解法是将一定比例的铟锡合金作为阳极置于硝酸铵电解液中，生成氢氧化铟和亚锡酸沉淀物，经过滤，干燥煅烧后得到ITO粉体。

（4）喷雾燃烧法是将高纯金属铟和金属锡加热到铟锡合金熔体，再将合金熔体在雾化燃烧器中雾化形成微小的合金雾滴，然后引入到高温反应室中进行剧烈氧化燃烧，急冷形成ITO粉体。

（5）喷雾热分解法是将高纯金属铟锡按一定比例混合并倒入乙酸溶剂中制成醋酸铟锡盐水溶液，再将其喷入容器进行喷雾热分解而形成ITO粉体。

（6）机械研磨法是将氧化铟和二氧化锡在球磨机中加入溶剂混合碾磨后，喷雾干燥形成ITO粉体。

以上各方法中，电解法的污染比较严重。喷雾燃烧法、喷雾热分解法生产工艺比较复杂，且设备昂贵，在一定程度上限制了该方法的应用。机械研磨法生产的ITO粉工艺简单，但所得ITO粉体很难达到纳米级别，且粉体流动性差，成型时的烧结密度低，无法满足高端ITO靶材的需要。化学共沉淀法和化学滴定法采用的化学设备和工艺流程简单，试验条件易控制，环境污染小，是目前制备ITO粉的成熟方法。但采用化学共沉淀法制备的ITO粉体容易团聚，流动性差，且粉体颗粒形状不规则。采用滴定法制备ITO粉体时，ITO前驱体合成与沉淀需在容器和溶液中完成，在铟-锡盐溶液中会存在沉淀剂的浓度梯度和PH值的梯度差，从而导致溶液中不同区域晶体的成核速率和长大速率不同，导致晶粒的大小不均匀。另外，ITO粉体中铟和锡的比例也会偏离设计值，从而影响ITO粉体的性能。

因此，提供一种高性价比、且性能优异的新型ITO粉及其制备方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，能够解决现有ITO粉制备工艺复杂和性能不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，以铟盐和锡盐溶液为原料制备铟锡混合盐溶液；以氨水溶液为沉淀剂；然后将铟锡混合盐溶液和沉淀剂溶液分别经雾化器雾化形成微小的液雾以对喷方式喷入反应室反应，让铟锡混合盐溶液与沉淀剂溶液以液雾状进行微米尺度和纳米尺度的均匀混合，提升了沉淀剂与铟锡混合盐溶液反应分布的均匀性。同时，雾化过程使整个体系的PH值保持稳定，避免因PH值的大范围变化而引起反应不均匀造成的团聚现象。最后，通过雾化共沉淀反应生成颗粒均匀且呈球形的氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，经清洗、干燥、煅烧得到纳米ITO粉体。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述制备铟锡混合盐溶液时按照生成氧化铟和二氧化锡的质量比为8:1-9:1进行配比。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述制备铟锡混合盐溶液时加入0.1%-0.6%硅酸钠分散剂。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述铟盐为氯化铟或硝酸铟，其中，铟离子的浓度为180g-200g/L；所述锡盐为氯化锡或硝酸锡。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述氨水的浓度为160g-400g/L；pH值为7-8。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述雾化分散器雾化颗粒的平均中位直径为12-50μm；并且<50μm的微粒百分比为80%。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述氢氧化铟和氢氧化锡均为微米或纳米尺度。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述清洗工艺采用无水乙醇或去离子水进行清洗，清洗2-3次。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述煅烧温度为600-900℃，保温1-3h。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述煅烧温度为720-850℃。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明针对现有ITO粉制备工艺复杂和性能不佳的问题，以铟盐和锡盐溶液为原料，以氨水溶液为沉淀剂，采用喷雾混合、反应的方法制备氢氧化铟和氢氧化锡的混合物；让铟锡混合盐溶液与沉淀剂溶液以液雾状进行微米尺度和纳米尺度的均匀混合，生成颗粒均匀且呈球形的氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，提升了沉淀剂分散的均匀性，使整个体系的pH值保稳定，避免因pH值的大范围变化而引起的团聚现象；经清洗、干燥、煅烧得到纳米ITO粉体呈纳米级球形结构、且晶粒大小均匀，高度分散无团聚，大大提高了ITO粉的综合性能。

附图说明

图1是本发明实施例1的电镜图；

图2是本发明实施例2的电镜图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：

实施例1

按照氧化铟和二氧化锡的质量比为8:1进行配比设计；分别称取InCl₃溶液和SnCl₃溶液，加入0.3%的分散剂，通过机械搅拌制备InCl₃和SnCl₃混合溶液，铟离子的浓度为180g/L。在氨水中加入去离子水机械搅拌制备沉淀剂溶液，氨水的浓度调整为160g/L。以反应釜为容器，分别采用雾化器将制备好的InCl₃与SnCl₃混合溶液和沉淀剂雾化后以对喷的方式喷入具有一定高度的反应釜内，发生共沉淀反应。反应完成后将沉淀物进行真空抽滤，采用无水乙醇清洗2次，经真空干燥得到ITO粉体的前驱体，然后将前驱体放置于电炉中经750℃煅烧3小时后得到ITO粉体。所得ITO粉体的纯度为＞99%，粒度为200-500nm，呈球形、高度分散，晶粒大小均匀。

实施例2

按照氧化铟和二氧化锡的质量比为9:1进行配比设计；分别称取InCl₃溶液和SnCl₃溶液，加入0.6%的分散剂硅酸钠，通过机械搅拌制备InCl₃和SnCl₃混合溶液，铟离子的浓度为200g/L。在氨水中加入去离子水机械搅拌制备沉淀剂溶液，氨水的浓度调整为300g/L。

以反应釜为容器，分别采用雾化器将制备好的InCl₃和SnCl₃混合溶液和沉淀剂雾化后以对喷的方式喷入具有一定高度的的反应釜内，发生共沉淀反应。反应完成后将沉淀物进行真空抽滤，采用无水乙醇清洗3次，经真空干燥得到ITO粉体的前驱体，然后将前驱体放置于电炉中经800℃煅烧4小时后得到ITO粉体。所得ITO粉体的纯度为＞99%，粒度为200-500nm，呈球形、高度分散，晶粒大小均匀。

Claims (4)

1.一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，以铟盐和锡盐溶液为原料制备铟锡混合盐溶液；以氨水溶液为沉淀剂；然后将铟锡混合盐溶液和沉淀剂溶液分别经雾化器雾化形成微小的液雾以对喷方式喷入反应室反应，生成颗粒均匀且呈球形的氢氧化铟和氢氧化锡的混合物，经清洗、干燥、煅烧得到纳米ITO粉体；

所述制备铟锡混合盐溶液时按照生成氧化铟和二氧化锡的质量比为8:1-9:1进行配比；

所述制备铟锡混合盐溶液时加入0.1%-0.6%硅酸钠分散剂；

所述铟盐为氯化铟或硝酸铟溶液，其中，铟离子的浓度为180g-200g/L；所述锡盐为氯化锡或硝酸锡；

所述氨水的浓度为160g-400g/L；pH值为7-8；

所述雾化分散器雾化颗粒的平均中位直径为12-50μm；并且<50μm的微粒百分比为80%；

所述氢氧化铟和氢氧化锡均为微米或纳米尺度。

2.根据权利要求1所述的一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，其特征在于：所述清洗工艺采用无水乙醇或去离子水进行清洗，清洗2-3次。

3.根据权利要求1所述的一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为600-900℃，保温1-3h。

4.根据权利要求1所述的一种球形纳米级、高分散ITO粉的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为720-850℃。

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